再生鋁生產(chǎn)熔煉設(shè)備選擇與優(yōu)缺點(diǎn)

來源:大瀝鋁材商務(wù)網(wǎng) 　作者:* 　日期:2010-12-10 　頁(yè)面功能 [字體：大 中 小] [ 打印 ] [ 投稿 ] [ 評(píng)論 ] [ 啄木鳥 ]

　　工頻有芯感應(yīng)爐啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)該在熔溝中充滿金屬，以形成閉合回路；每爐熔化后澆出的金屬應(yīng)有一定的剩余量，以保證能充滿熔溝使熔爐能繼續(xù)工作。在下部熔溝中，有時(shí)會(huì)被熔渣和污物堵塞，影響正常熔煉工作，故在爐下側(cè)設(shè)有塞孔，以便及時(shí)清理熔溝。在熔化鋁合金時(shí)，熔溝容易被鋁的氧化物堵塞。目前，有芯感應(yīng)爐多用來熔化銅合金。工頻無芯感應(yīng)爐沒有’熔溝，麻煩少，爐體構(gòu)造筒單，比有芯爐優(yōu)越。但每爐澆注后也應(yīng)在坩堝中留剩余量，以便于順利繼續(xù)工作。有的無芯感應(yīng)爐中間裝的是鑄鐵坩堝，可以提高電磁效率，特別適合熔煉鋁合金用。
　　高頻率的交流電在金屬中通過時(shí)，發(fā)生“集膚效應(yīng)”，即在金屬爐料中因感應(yīng)而產(chǎn)生的電流并非均勻分布，而是金屬表面的電流密度最大，越向內(nèi)部電流密度越小，到一定深度后，則幾乎沒有電流了，一般，把電流集中的表層深度稱為“穿透深度”。可用下式計(jì)算： 
δ= ρ 
μf 
式中： 
6——電流穿透深度，厘米； 
p——金屬的電阻系數(shù)，歐姆•厘米： 
u——金屬的導(dǎo)磁系數(shù)： 
f——電流頻率，赫茲。
　　由上式可知，穿透深度與金屬料的電阻系數(shù)的平方根成正比，與導(dǎo)磁系數(shù)和電流頻率的平方根成反比。即是，對(duì)一定金屬而言，電流頻率越高，穿透深度越小，這樣。在金屬很薄的表層厚度上通過大量電流，其產(chǎn)生的熱量就集中，這有利于金屬爐料的加熱熔化。所以中頻感應(yīng)爐比工頻爐的電效率高得多，而且允許使用比較小塊的金屬料。中頻適用于無芯感應(yīng)爐，而不必安裝工頻所必備的磁扼，同時(shí)每次熔化后可以澆出全部金屬液，而不必保留剩余量。可用來熔煉鋼和鋁，效率和質(zhì)量很高，而且勞動(dòng)條件好。但中頻感應(yīng)爐需要專用的變頻設(shè)備來供電，使其熔煉產(chǎn)品的成本增高。高頻爐一般不用來熔化鋼和鋁合金。這種由金屬料內(nèi)部感應(yīng)電流來加熱的爐子，是內(nèi)熱式熔化爐，它的熱效率比前述的坩堝爐和反射爐的要高得多，感應(yīng)爐的爐襯一般是用耐火材料搗筑，也可以用予制的坩堝裝入。
　　鋁合金的熔煉過程包括金屬料熔化和金屬液態(tài)處理兩階段。熔化階段耗能大而費(fèi)時(shí)長(zhǎng)，應(yīng)采取措施盡快熔化而減少金屬的損耗。液態(tài)處理階段則根據(jù)各熔煉合金的特點(diǎn)不同和爐料成分和品質(zhì)的不同，一般有熔煉除雜、合金化、精煉脫氣和變質(zhì)等步驟。
　　在生產(chǎn)規(guī)模大時(shí)，反射爐多數(shù)為雙聯(lián)法，即先在容量大和效率高的反射爐中快速熔化金屬，再將溶液注入對(duì)溫度控制嚴(yán)格的電阻爐或反射爐中進(jìn)行液態(tài)金屬處理及保溫，然后再澆注。這樣兩爐聯(lián)用，各發(fā)揮其所長(zhǎng)，能達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)指標(biāo)。具體采用何種爐型，選用哪種熔煉工藝方法，應(yīng)從熔煉合金的質(zhì)量和產(chǎn)量要求來確定。
　　1.3熔煉爐的發(fā)展
　　熔煉爐技術(shù)的發(fā)展是伴隨其它工業(yè)技術(shù)特別是電子技術(shù)和新材料技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。從爐型方面看，以上介紹的雙室反射爐、帶加料井熔煉爐、電磁攪拌反射爐、旋轉(zhuǎn)式反射爐以及可傾式耐熱坩堝爐等都是發(fā)展的方向。從加熱方式上看，無非是用到一些高能束加熱源，如激光、電子束、離子束等。熔體保護(hù)采用一些特殊結(jié)構(gòu)的密閉容器，以便實(shí)現(xiàn)真空或者是氣體的保護(hù)，避免熔體受到環(huán)境氣氛的污染。從節(jié)約能源角度看，在爐體的保溫設(shè)計(jì)上采用以新型保溫材料以充分提高能源的利用率。從環(huán)保角度看，增添了爐氣、爐渣的凈化處理系統(tǒng)。坩堝材料從石墨材料向耐高溫合金坩堝方向發(fā)展，以提高坩堝爐的使用壽命。從攪拌方式看，機(jī)械攪拌和電磁攪拌都在快速的發(fā)展，尤其是電磁攪拌將很快被采用。
　　1.4反射爐體筑造簡(jiǎn)介
　　反射爐，顧名思義是通過反射的熱對(duì)爐料進(jìn)行加熱，使?fàn)t料熔化并熔煉。傳統(tǒng)的反射爐是燃煤的，在爐子的一端建有燃燒室，火焰在上升過程中遇到拱型爐頂，被爐頂反射到熔煉室，從而達(dá)到熔煉的目的。反射爐不僅用于再生鋁企業(yè)，在有色金屬行業(yè)被廣泛應(yīng)用，如銅冶金、鉛冶金等。
　　隨著冶金技術(shù)的發(fā)展，反射爐發(fā)展很快，尤其是燃料的改進(jìn)，大量采用燃油、燃?xì)獾龋�反射爐得到了很大的改善，依靠反射的意義正在減小，目前爐體的設(shè)計(jì)已經(jīng)不單純考慮對(duì)火焰的反射，而重點(diǎn)考慮提高爐子熱利用率和減少燒損。
　　1.5反射爐熱工
　　1.5.1反射爐的熱傳遞
　　傳熱是一個(gè)復(fù)雜的物理現(xiàn)象，一般分為傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射三種傳熱方式。反射爐爐體主要由爐頂、爐墻和爐底組成，三者對(duì)反射爐的傳熱有重要的意義。
　　三種熱傳熱方式在反射爐中同時(shí)存在，一般稱之為綜合傳熱。在實(shí)際生產(chǎn)中，火焰輻射廢鋁料和爐子的四壁，四壁再把熱傳導(dǎo)（或輻射、反射）給鋁料，與此同時(shí)，一部分熱通過四壁散失到體系之外，這是熱損失的主要因素，因此，在筑爐時(shí)要重視爐墻的保溫。熱的對(duì)流是在存在溫差的情況下才能發(fā)生，如果爐內(nèi)的溫度一致，那么就不存在對(duì)流，但實(shí)際上爐內(nèi)存在很大的溫差，在爐料為融化之前，爐料周圍的空氣遠(yuǎn)底于火焰的溫度，因此火焰與爐料周圍的空氣產(chǎn)生對(duì)流傳熱，爐料融化之后，熔融液體的不同部位存在較大的溫差，因此熔融鋁液中主要依靠對(duì)流來傳熱的。
　　在反射爐中，爐墻對(duì)熱的傳遞起著重要的作用，它的作用如下：把一部分熱吸收，同時(shí)又把一部分熱輻射給爐料；直接把火焰的熱反射到爐料；把熱通過墻體傳導(dǎo)給爐料。因此在反射爐的設(shè)計(jì)和筑造過程中，要盡量考慮到三中傳熱的關(guān)系，充分考慮爐墻的結(jié)構(gòu)和選用的材料。
　　1.5.2反射爐的燃料和消耗
　　反射爐的燃料主要有煤炭、煤氣、柴油、重油和天然氣。無論以何種燃料，其熱傳遞的形式基本一致，所不同的是熱效率有所不同，熔化速率有所差異，燃料成本有較大的差異。
　　一般反射爐每噸鋁耗燃料的情況如下，燃煤反射爐耗標(biāo)準(zhǔn)煤在200-300公斤左右；燃重油反射爐油耗大約為60-80公斤；燃柴油反射爐大約耗油50公斤左右，最先進(jìn)的已經(jīng)達(dá)到30公斤；半煤氣反射爐煤耗大約為260-300公斤左右。燃料的消耗與反射爐的生產(chǎn)能力有關(guān)系，一般爐子越大，單位燃料消耗越低，以下立出了幾個(gè)常用反射爐燃料消耗的情況。
　　（1）某企業(yè)15噸燃重油油爐技術(shù)參數(shù)
　　（2）半煤氣反射爐煤耗情況
　　1.5.3反射爐的熱效率
　　反射爐的熱效率一般都不算太高，尤其是火焰式的反射爐，一般情況下，幾種爐子的熱效率情況如下：
　　反射爐熱效率低，也就是說大量的熱被浪費(fèi)了，根據(jù)反射爐熔煉的特點(diǎn)，反射爐熱的分配主要是：
　　（1）直接用于熔煉的熱大約為25-30%，這部分熱主要為融化和熔煉鋁消耗；
　　（2）通過反射爐墻外表和爐門散失的熱，一般占15-25%，有時(shí)可達(dá)30%以上；
　　（3）煙氣和爐渣帶走的熱大約為40-50%，在熔煉鋁合金過程中爐渣的產(chǎn)生量較少，而且不是熔融狀態(tài)的，因此，爐渣帶走的熱很小，主要是煙氣帶走的熱；
　　為了提高反射爐的熱效率，要通過各種辦法減少熱的損失，如加厚爐墻和爐頂，添加隔熱層；盡少開啟爐門的次數(shù)；在設(shè)計(jì)爐子的時(shí)候，要盡量減小爐子的表面積，提高爐子的容積。
　　1.5.4反射爐的余熱利用
　　為了提高熱的利用率，要考慮到余熱利用的問題，尤其是煙氣帶走的熱的利用。對(duì)煙氣余熱的利用，目前主要的辦法是利用煙氣預(yù)熱燃料（氣體）和空氣，達(dá)到較好的效果。建設(shè)余熱鍋爐也是一種比較好的辦法。
　　1.6筑爐的環(huán)境和地質(zhì)條件
　　1.6.1對(duì)地址情況的了解
　　建設(shè)爐子，為了達(dá)到長(zhǎng)久、安全，在建設(shè)之前一定要對(duì)筑爐周圍的環(huán)境、地址情況、風(fēng)向等進(jìn)行深入的了解，如附近是否有河流、湖泊，是否塌陷區(qū)等。同時(shí)，對(duì)建設(shè)地點(diǎn)的地質(zhì)情況有所了解，必要時(shí)，要參考地質(zhì)部門的資料，詳細(xì)了解地質(zhì)情況。還要了解考季風(fēng)的風(fēng)向。
　　1.6.2地基
　　為了保證爐體的安全可靠和長(zhǎng)久使用，熔煉爐必須有穩(wěn)定的基礎(chǔ)，因此地基的建造非常重要。地基一定選在好的土層上，一般要考慮以下幾條原則：（1）地基切忌打在土質(zhì)疏松、流沙層上，如果如果不可回避，一定要采取措施；（2）在建造基礎(chǔ)時(shí)還要特別注意，地基一定要建在擾動(dòng)層之下，打在老土上；（3）在北方地基一定要打在凍層之下。
　　1.6.3熔煉車間和爐體的布置
　　爐子的位置要考慮以下問題：1、周圍空間和操作平面：便于操作、留出加料和維修的空間，運(yùn)輸方便、暫時(shí)不具備條件的，要預(yù)留出鑄錠機(jī)的位置，有長(zhǎng)遠(yuǎn)的考慮，使之布局合理。熔煉車間要建在風(fēng)向之下（企業(yè)應(yīng)該建在某個(gè)區(qū)域的風(fēng)向之下或居民區(qū)之下，減少不必要的麻煩）。
　　1.7 爐體的形式和構(gòu)造
　　1.7.1爐體的形狀
　　目前采用的主要有園型和矩形反射爐兩種。圓形爐反射爐的成本高，維修不方便，但熱能利用率較高,因?yàn)橄嗤�的周長(zhǎng)圓的表面積最大，因此，在相同周長(zhǎng)的爐子，圓爐比方型爐的表面積大，因此受熱的面積大，熱效率高，爐體表面散熱少。矩形油反射爐，成本低，維修方便，熱效率較園形爐稍差。其爐門有對(duì)應(yīng)兩側(cè)爐門或一側(cè)兩爐門，油噴嘴有單側(cè)2~3個(gè)噴嘴或者斜對(duì)角2個(gè)油噴嘴。國(guó)內(nèi)再生鋁較大型企業(yè)還有順式油反射高低爐
　　1.7.2爐型的選擇
　　根據(jù)廠家需求，按照?qǐng)龅丨h(huán)境、熱能材料、工藝條件進(jìn)行爐體選形。
　　熔煉鋁合金的爐子種類繁多，反射爐的種類多，常用的熔池式的反射爐有重油式反射爐、柴油反射爐、電阻反射爐、煤氣反射爐、半煤氣反射爐、燃煤反射爐等。根據(jù)企業(yè)自己的情況和當(dāng)?shù)氐膬?yōu)勢(shì)，如燃料資源、運(yùn)輸?shù)龋瑳Q定自己的爐型。但要注意，以重油為燃料的反射爐正在走下坡路，因?yàn)橹赜偷恼扯却螅�凝固點(diǎn)低　　　　　　（30），運(yùn)輸不便，在燃燒之前還需要預(yù)熱，提高其流動(dòng)性和霧化性，在進(jìn)入噴嘴之前還需要進(jìn)一步預(yù)熱（110-120），增加了設(shè)備的投資。重油在燃燒時(shí)如果霧化不好，產(chǎn)生大量的黑煙，污染環(huán)境，同時(shí)熱的利用率低。
　　從目前看，大型企業(yè)建議建設(shè)帶煤氣發(fā)生爐的反射爐，一次性投資大一點(diǎn)，但長(zhǎng)遠(yuǎn)效益高，無污染、熱利用率高、操作簡(jiǎn)單。小型企業(yè)建議建設(shè)半煤氣反射爐。
　　1.7.3熔池的表面積和深度
　　熔池的表面積和深度是反射爐的重要參數(shù)，因?yàn)槿蹱t的熱主要通過液面、四壁傳導(dǎo)的，從理論上講，表面積和四壁的面積大，熱的傳導(dǎo)效率就高，但是，表面積越大，在表面氧化也就越嚴(yán)重，同時(shí)也會(huì)使熔池?zé)o限制的增大，增大能耗和投資，但熔池過深，影響熱的傳導(dǎo)。因此，要綜合考慮各方面的因素，節(jié)能、節(jié)約投資、方便維修等因素，確定熔池的長(zhǎng)寬高。一般15噸以下的爐子熔池的深度在500毫米左右。
　　1.7.4爐體的結(jié)構(gòu)
　　反射爐的結(jié)構(gòu)的尺寸與爐子的生產(chǎn)規(guī)模有很大的關(guān)系，因此很難得到統(tǒng)一的公式，現(xiàn)以10噸的反射爐為例。燃燒空間的計(jì)算，是根據(jù)熔化鋁所需的熱，單位時(shí)間內(nèi)燃燒的氣體的體積來計(jì)算的，為了保證燃料的充分燃燒，一般在計(jì)算時(shí)要考慮空氣過剩系數(shù)。空間大，則影響熱能發(fā)熱，降低熱效率，過小，會(huì)導(dǎo)致向外噴火，煙氣在爐內(nèi)停留時(shí)間短，造成能源的浪費(fèi)，因此除理論計(jì)算之外，還要通過實(shí)踐來摸索。

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